石墨復合材料、銅、圓鋼等防雷接地材料的沖擊特性研究

2021-11-30 · 閱讀276

0引言

      雷電流流過接地體時所呈現出來的接地電阻稱之為沖擊接地阻抗,接地材料在雷電流作用下的接地電阻稱之為沖擊接地阻抗。由于雷電流的特點，即當接地材料中有雷電流通過時，在極短的時間內雷電流以脈沖的形式通過接地材料，這使其與工頻接地電阻不同
據統計發現,在2005~2011年間，雷擊是造成輸電線路發生跳閘和停運事故的主要原因。同時，土壤電阻率較高、雷電活動較頻繁等原因會增大雷擊事故發生的概率.筆者采用仿真手段,從以下兩個方面對石墨復合材料以及銅、圓鋼的沖擊特性進行對比分析:

1)不考慮火花放電效應時沖擊接地阻抗對比分析,使用CDEGS軟件分析計算桿塔在雷擊條件下的特性和引起的暫態過程。雖不能模擬火花效應,但當沖擊電流幅值較小時能較好的反應出伸長接地材料的端部散流特性和電感效應。

2)考慮火花放電效應時沖擊接地阻抗對比分析,基于雷電流流經接地材料向大地中散流的特性,使用ATP- EMTP通過建立電路模型的方法進行仿真分析, ATP- EMTP中的控制模塊可以較好的模擬火花放電時的非線性特性。

1桿塔接地網沖擊接地特性分析仿真模型

沖擊接地阻抗時分析電力系統雷擊跳閘率和防雷設計的重要因素,當雷電流通過線路流向接地網時,可將這一過程等效為有限長導線，如圖1所示。忽略桿塔金屬的電阻，當雷擊于桿塔頂部時,塔頂處點的雷電過電壓值(也稱塔頂電位)表示為:

     由式(1)中可以看出,塔頂電位u,與接地材料的沖擊接地阻抗密切相關,從而可以得出降低接地材料的沖擊接地阻抗可以有效的降低桿塔的雷電.過電壓值,這對于降低雷擊輸電線路的跳閘率有一定幫助

1.1不考慮火花放電效應接地網仿真模型

      利用CDEGS仿真軟件接地網沖擊接地阻抗進行仿真分析,接地網仿真模型為方框射線型,方框射線型地網，記錄方式為FaYb( Fa: 方框邊長; Yb:四角延長線長度) ,敷設深度為0.8 m,通過方框的.四角同時向地網注流。本文中主要選用3種接地材料進行對比分析,主要有:直徑為φ28 mm的石墨復合接地材料、φ10 mm銅和φ10 mm圓鋼,仿真計.算參數見表1所示。
      由圖5計算結果可知:3種典型接地材料的沖擊接地阻抗之間存在:圓鋼>銅>石墨復合接地材料,且隨著土壤電阻率的增大,石墨復合接地材料的優勢越發明顯。在低土壤電阻率下，周圍土壤對接地材料的散流阻礙較弱,接地材料將在注流點處就近散流,這使得3種接地材料在低土壤電阻率時的有效長度較短,沖擊接地阻抗差異性較小。隨著土壤電阻率的增大,相對于電阻率高達幾萬倍于自己的土壤,接地材料電阻率越低、磁導率越低、直徑越大,接地材料的散流能力就越強,表征為接地材料的有效散流長度就越長，導體的利用率越高,沖擊接地電阻也就越小。

2.2接地面積對沖 擊接地阻抗的影響

      選取不同面積的輸電線路桿塔接地網,分別針對3種接地材料進行計算分析,得到接地網面積的變化對輸電線路桿塔沖擊接地阻抗的影響。分別取不同方框和射線的長度,取土壤電阻率為100 n●m, 雷電流幅值為20kA,計算3種材料的沖擊接地阻抗,計算結果如圖6所示。
      由圖6計算結果可知:隨著桿塔接地網面積的增大,3種接地材料的沖擊接地阻抗均隨之減小,3種接地材料的沖擊接地阻抗之間存在關系:圓鋼>銅>石墨復合接地材料。此外，接地網的沖擊接地阻抗隨面積的增大下降幅度變緩,其原因是隨著接地網面積的增大，在接地網遠端的接地材料的散流作用降低,接地材料的有效面積趨于飽和。